CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, NỘI DUNG VÀ MỤC TIÊU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Sản xuất nhựa bằng công nghệ ép phun Ép phun là công nghệ truyền thống của ngành sản xuất nhựa. Công nghệ này đã được sử dụng phổ biến ở những quốc gia có ngành công nghiệp phát triển như Đức, Hoa kỳ, Nhật Bản, … và hiện đang thâm nhập vào các nước châu Á.
Ép phun (công nghệ ép nhựa định hình) là phương pháp đúc để tạo hình sản phẩm thông qua 2 công đoạn phun ( đun nhựa nóng chảy) và ép vào khuôn để tạo nên hình dáng cho sản phẩm. Đây là phương pháp gia công chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp gia công polymer. Thực trạng hiện nay, những nguyên liệu như sắt, gang, nhôm, đồng thau… đang dần cạn kiệt trong tự nhiên. Chính vì vậy mà trong tương lai, việc sử dụng nguyên liệu nhựa sẽ là rất lớn.
Có thể nói rằng, những sản phẩm nhựa được tạo ra từ công nghệ ép phun đang dần trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống của chúng ta ngày nay. Đặc điểm công nghệ Quy trình ép phun được thực hiện qua 4 bước chính, cụ thể như sau: Bước 1: Sử dụng máy ép nhựa để làm nóng chảy nguyên liệu với một nhiệt độ thích hợp Ở bước này, những nguyên liệu thô còn đang ở dạng cứng như các loại nhựa tái chế, nhựa nguyên sinh sẽ được đưa vào cổng nguyên liệu của máy ép nhựa. Tại đây, nguyên liệu sẽ được trộn đều và đẩy về phía trước để nung nóng chảy bằng hệ thống gia nhiệt đã được bố trí nằm xung quanh xilanh của máy. Bước 2: Hệ thống trục vít của máy ép nhựa sẽ tạo ra một áp lực lớn để bơm nhựa đun nóng chảy vào khuôn ở trạng thái đóng.
Hệ thống trục vít của máy ép nhựa sẽ đóng vai trò như một pít tông đẩy phần nhựa đã được nung nóng chảy về phía trước bằng một áp lực rất lớn. Hệ thống kênh dẫn nhựa sẽ chứa phần nhựa lỏng. Lúc này, lòng khuôn đang ở trạng thái đóng để làm nhiệm vụ tạo hình sản phẩm. 1 Luan van Bước 3: Làm mát bộ phận khuôn để phần nhựa được đun nóng chảy chuyển sang trạng thái rắn.
Để có thể lấy được nhựa ra ngoài thì phần nhựa đã được đun nóng chảy bắt buộc phải được làm đông cứng. Ở bước này, hệ thống làm mát của máy sẽ hoạt động để làm khuôn nguội đồng thời làm rắn phần nhựa nóng chảy. Bước 4: Lấy sản phẩm ra ngoài. Đây là bước cuối cùng của quy trình ép phun.
Hệ thống kim khuôn của máy ép nhựa sẽ kéo ra một nửa khuôn một cách từ từ, để ra một khoảng nhất định để có thể lấy sản phẩm ra bên ngoài. Sau đó, lại đóng khuôn để tiếp tục quy trình mới. Máy ép phun Máy ép phun có cấu tạo gồm những phần chính như sau: Hình 1.1: Cấu tạo chung của máy ép phun 1. Hệ thống hỗ trợ ép phun Gồm: Thân máy (Frame) Hệ thống điện (Electrical system) Hệ thống thủy lực (Hydraulic system) Hệ thống làm nguội (cooling system) 2 Luan van Hình 1.2: Hệ thống hỗ trợ ép phun 1.
Hệ thống phun Hệ thống phun có nhiệm vụ đưa nhựa vào khuôn thông qua các quá trình cấp nhựa, nén, khử khí, làm chảy dẻo nhựa, phun nhựa lỏng và định hình sản phẩm. Gồm: Phễu cấp liệu (hopper): chứa vật liệu dạng viên để cấp vào khoang trộn. Khoang chứa liệu (Barrel): chứa nhựa để vis trộn di chuyển qua lại bên trong nó. Khoang trộn được gia nhiệt bằng cách cấp nhiệt.
Nhiệt độ xung quanh khoang chứa liệu cung cấp khoảng 20-30% nhiệt độ cần thiết để làm chảy nhựa. Băng gia nhiệt (Heater band): Giúp duy trì nhiệt độ khoang chứa liệu để nhựa bên trong khoang luôn ở trạng thái chảy dẻo. Trên máy có nhiều băng gia nhiệt, cài đặt với nhiệt độ khác nhau, tạo ra các vùng nhiệt độ thích hợp cho quá trình ép phun.3: Băng gia nhiệt 3 Luan van Trục vít (screw): có chức năng nén, làm chảy dẻo và tạo áp lực để đẩy nhựa chảy dẻo vào lòng khuôn. Cấu tạo: Hình 1.4: Cấu tạo trục vít Bộ hồi tự hở (non-return assembly, non-return valve) Bộ phận này gồm vòng chắn hình nêm, đầu trục vít và seat.
Chức năng của nó là tạo dòng nhựa bắn vào khuôn. Hình 5: Bộ hồi tự hở Khi trục vít lùi về thì vòng chắn hình nêm di chuyển hướng về vòi phun và cho phép nhựa chảy về phía trước đầu trục vít. Còn khí trục vít di chuyển về phía trước thì vòng chắn hình nêm sẽ di chuyển về hướng phễu và đóng kín với seat không cho nhựa chảy ngược về phía sau. 4 Luan van Hình 1.6: Các loại bộ hồi tự hở Vòi phun (nozzle): có chức năng nối khoáng trộn với cuống phun và phải có hình dạng đảm bảo bịt kín khoang trộn và khuôn.
Trong quá trình phun nhựa lỏng vào khuôn, vòi phun phải thẳng hàng với bạc cuống phun và đầu vòi phun nên được lắp kín với phần lõm của bạc cuống phun thông qua vòng định vị để đảm bảo nhựa không bị phun ra ngoài và tránh mất áp.7: Vòi phun 5 Luan van 1. Hệ thống kẹp Hệ thống kẹp có chức năng đóng, mở khuôn, tạo lực kẹp giữ khuôn trong quá trình làm nguội và đẩy sản phẩm thoát khỏi khuôn khi kết thúc một chu kỳ ép. Gồm: Cụm đẩy của máy (machine ejectors): tạo ra lực đẩy tác động vào tấm đẩy trên khuôn để đẩy sản phẩm rời khỏi khuôn. Cụm kìm (clamp cylinders): cung cấp lực để đóng mở khuôn và giữ khuôn trong suốt quá trình phun.
Thường có 2 loại: Cơ cấu khuỷu Hình 1.9: Cơ cấu khuỷu 6 Luan van Xylanh thủy lực Hình 1.10: Xylanh thủy lực Loại kìm Ưu điểm Nhược điểm Kìm dùng thủy lực Lắp đặt nhanh. Cần lượng lớn dầu thủy lực. Tốn năng lượng. Dễ bảo dưỡng.
Chịu ảnh hưởng của hệ số nén của dầu. Ít làm võng tấm khuôn. Lực kìm tập trung vào giữa tấm khuôn. Kìm dùng cơ cấu Giá thành thấp Cần bảo dưỡng thường xuyên khuỷu Di chuyển cơ cấu kẹp nhanh Lực kìm không tập trung vào giữa tấm khuôn.
Tự hãm để giảm va đập Khó điều chỉnh.1: Ưu nhược điểm của cụm kìm cùng cơ cấu khuỷu và xylanh thủy lực. Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển giúp người vận hành máy theo dõi và điều chỉnh các thông số gia công như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ phun, vận tốc và vị trí trục vis, vị trí của các bộ phận trong hệ thống thủy lực. Hệ thống điều khiển giao tiếp với người vận hành máy qua bảng điều khiển (control panel) và màn hình máy tính (computer screen).11: Hệ thống điều khiển 1. Khuôn ép phun Quá trình ép phun sử dụng khuôn, thường được làm bằng thép hoặc nhôm, làm công cụ tùy chỉnh.
Khuôn có nhiều thành phần, nhưng có thể được chia thành hai nửa. Mỗi nửa được gắn bên trong máy ép phun và nửa phía sau được phép trượt để khuôn có thể được mở và đóng dọc theo đường phân chia của khuôn. Hai thành phần chính của khuôn là lõi khuôn và khoang khuôn. Khi khuôn được đóng lại, khoảng trống giữa lõi khuôn và khoang khuôn tạo thành khoang phần, sẽ được lấp đầy bằng nhựa nóng chảy và sau đó được làm mát để tạo ra sản phẩm mong muốn.
Khuôn ép nhựa được chia làm 2 phần : Phần cố định (Khuôn cái): phần này là phần không di chuyển trong toàn bộ quá trình ép phun. Phần này được gắn chặt vào thành máy cố định máy ép nhựa và được nối với hệ thống vòi phun nhựa của máy để đưa nhựa nóng chảy vào lòng khuôn thông qua hệ thống vòi phun và kênh dẫn. Phần di động (Khuôn đực): phần này là phần có chức năng đóng khuôn để ép sản phẩm và mở khuôn để lấy sản phẩm. Phần di động sẽ được gắn chặt vào thành máy di động máy ép nhựa nối với hệ thống lói khuôn nhằm đẩy sản phẩm ra ngoài thông qua hệ thống pin đẩy được thiết kế trong khuôn.
8 Luan van Hình 1.8: Cấu tạo khuôn ép phun nhựa Chi tiết cấu tạo khuôn ép nhựa : Tấm kẹp trên: Tấm này có tác dụng kẹp chặt tấm khuôn trên và tấm kẹp trên thành một khối và kẹp chặt cả khối này bàn tĩnh của máy ép nhựa. Tấm khuôn trên: Là bộ phận quan trọng nhất vì nó là hình bao ngoài của sản phẩm. Nó quyết định đến độ chính xác của khuôn cũng như độ chính xác của sản phẩm. Bề mặt ngoài của sản phẩm đẹp hay xấu, chính xác hay không là phụ thuộc hoàn toàn vào khi ta gia công tấm khuôn này.
Bạc định vị: Đảm bảo vị trí thích hợp của khuôn với vòi phun. Bộ định vị: Đảm bảo sự phù hợp giữa phần cố định và phần chuyển động của khuôn. Nó bao gồm chốt định vị và bạc định vị. Tấm đỡ: Giữ cho mảnh ghép của khuôn không bị rơi ra ngoài.
Thanh kê: Dùng làm phần ngăn giữa tấm đỡ và tấm kẹp phía dưới để cho giàn đẩy hoạt động được. Tấm kẹp dưới: Tấm này kẹp toàn bộ cụm khuôn dưới thành một khối và kẹp khối này vào bàn máy động của máy ép nhựa. Chốt đẩy: Dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi khuôn khi khuôn mở. Tấm kẹp đẩy: Giữ chốt đẩy, chốt hồi, chốt giật cuống.
Tấm đẩy: Dùng để chặn các chốt lắp trên tấm kẹp đẩy trong quá trình đẩy sản phẩm ra ngoài không thể rơi các chốt ra được. Tấm đẩy và tấm kẹp đẩy được bắt chặt thành một khối và được gọi là giàn đẩy. Giàn đẩy nằm phía dưới khuôn dưới và trên tấm kẹp dưới. Chốt hồi: Làm cho giàn đẩy có thể quay trở về khi khuôn đóng lại.
Trụ kê: Dẫn hướng chuyển động và đỡ cho tấm đẩy, tránh cho tấm khuôn khỏi bị cong do áp lực đẩy cao, tăng tuổi thọ cho khuôn. 9 Luan van Tấm khuôn dưới: Là một bộ phận cũng rất quan trọng, nó là đường bao quyết định hình dáng bên trong của sản phẩm. Khuôn dưới và khuôn trên kết hợp với nhau để tạo ra hình dáng hoàn chỉnh của chi tiết. Khuôn trên là bộ phận đứng yên, khuôn dưới là bộ phận di động.
Các ứng dụng Công nghệ ép phun được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt trong ngành sản xuất nhựa, là phương pháp lý tưởng để sản xuất các vật thể lớn có cùng khối lượng. Ngoài ra, công nghệ ép phun còn được ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bao bì, nắp chai, phụ tùng ô tô, linh kiện, dây cuộn, nhạc cụ, bàn ghế, chi tiết máy (có cả bánh răng),… Hình 1.